超低溫共燒陶瓷及其研究現(xiàn)狀淺析

共燒多層陶瓷元器件及組件可分為高溫共燒多層陶瓷（HTCC）和低溫共燒多層陶瓷（LTCC）兩種。HTCC是指在1450℃以上與熔點(diǎn)較高的金屬一并燒結(jié)的具有電氣互連特性的陶瓷。隨著通信向高頻高速發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)低損耗、高速度和高密度封裝的目的，LTCC應(yīng)運(yùn)而生，燒結(jié)溫度在900℃左右。

然而人類對(duì)科學(xué)的探究卻從未停止，隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)需求的不斷提高，人們又發(fā)現(xiàn)了超低溫共燒陶瓷這一新概念。超低溫共燒陶瓷（Ultra Low Temperature Co-fired Ceramics，ULTCC）是由低溫共燒陶瓷（LTCC）發(fā)展而來(lái)的一類新型電介質(zhì)材料。

關(guān)于ULTCC

超低溫共燒陶瓷（ULTCC）是一種具有眾多優(yōu)點(diǎn)的新型多層陶瓷?？稍?00℃~700℃的極低溫度下燒結(jié)，超低燒結(jié)溫度使電介質(zhì)能夠與鋁電極及各類電子器件共燒結(jié)以實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的集成化和多功能化，同時(shí)還可以降低成本、節(jié)約能源，適合用于電子元件的集成。且低燒結(jié)溫度允許更廣泛的導(dǎo)體材料用于功能化，使技術(shù)混合（半導(dǎo)體工藝、基于聚合物的微電路制造）成為可能。

ULTCC基板

另外，ULTCC電子基板材料還需要具備低介電常數(shù)與低介電損耗，以保證電路的穩(wěn)定運(yùn)行。目前，ULTCC材料大多是具有本征超低燒結(jié)溫度的陶瓷材料，例如，碲酸鹽、鉬酸鹽、釩酸鹽等。

ULTCC還可以將電路和封裝嵌入和燒結(jié)到陶瓷中。這降低了制造成本，從而顯著擴(kuò)展了ULTCC組件的應(yīng)用范圍。ULTCC組件非常適合用作電子元件的重新布線載體，用于外殼和封裝技術(shù)，或用作天線、濾波器和循環(huán)器等高頻技術(shù)應(yīng)用的基板。

與傳統(tǒng)的低溫陶瓷相比，微晶玻璃材料用于ULTCC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于全玻璃相帶來(lái)的低燒結(jié)溫度，易于控制的燒結(jié)、析晶行為，以及與電極材料良好的化學(xué)相容性。因此，應(yīng)用于ULTCC技術(shù)的微晶玻璃材料也成為研究熱點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外在ULTCC領(lǐng)域的研究進(jìn)展

在國(guó)外，F(xiàn)raunhoferIKTS基于玻璃陶瓷復(fù)合材料(GCC)開(kāi)發(fā)定制的符合RoHS和REACH標(biāo)準(zhǔn)的ULTCC材料和生瓷帶，該復(fù)合材料由低熔點(diǎn)玻璃和合適的陶瓷填料組成。玻璃類型與所選填充材料相結(jié)合，決定了材料特性，例如熱膨脹、導(dǎo)熱性、絕緣性以及電氣參數(shù)（絕緣電阻、介電常數(shù)、介電損耗）。相關(guān)的金屬化漿料基于銀和鋁。其挑戰(zhàn)在于調(diào)整粘合劑和漿料系統(tǒng)以及制造工藝，以使材料在上述溫度范圍內(nèi)可共燒結(jié)。

ULTCC基板上的燒結(jié)銀

在國(guó)內(nèi)，近年來(lái)，中國(guó)建材研究院、上海硅酸鹽研究所、成都電子科技大學(xué)等科研院所、高校都開(kāi)展了ULTCC微晶玻璃材料的研究。武漢理工大學(xué)王靜副研究員帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)CuO-ZnO-MgO-B2O3系微晶玻璃析晶行為及介電性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)在玻璃組成中引入MgO，其含量對(duì)微晶玻璃的燒結(jié)行為和析晶行為有顯著的影響。其中，MgO含量為1wt%的微晶玻璃在575℃下燒結(jié)5h后得到了細(xì)化的晶粒尺寸和均勻的晶粒分布，在1MHz下相對(duì)介電常數(shù)約為~7.1，介電損耗約為~6.40×10-4。MgO含量為4wt%的微晶玻璃在600℃下燒結(jié)5h后晶格結(jié)構(gòu)扭曲度更小，在1MHz下相對(duì)介電常數(shù)約為~7.1，介電損耗約為~5.77×10-4，并且這種微晶玻璃與Ag電極及Al電極均具有很好的化學(xué)相容性。

審核編輯：郭婷